December 03 2016 02:28:06
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Тепловые шумы
Физические основы информации

Принципиальную роль в количественных способах познания мира играют погрешности измерений, имеющие разную физическую природу: они могут быть обусловлены тепловым движением полей и частиц, влиянием окружающей среды (технические шумы), квантовыми особенностями движения, статистической природой и дискретностью носителей информации (дробовой шум), неточностью теоретической модели и т.д.

Тепловые шумы связаны с тепловым движением частиц и полей, имеющим случайную статистическую природу. В качестве примера рассмотрим тепловые флуктуации напряжения V, приходящиеся на частотный интервал ν, ν + Δν, для участка проводника сопротивлением R при температуре Т. Согласно формуле Найквиста, хаотическое тепловое движение свободных электронов проводника приводит к следующим результатам для напряжения

<V> = 0, <V2> – <V>2 = <V2> = 4RkTΔν,                       (I.2.6)

где угловые скобки обозначают усреднение по времени Δt >> 1/Δν. Предполагается, что выполнено условие справедливости законов классической физики

img016.

Отметим, что в случае приложенного к проводнику постоянного напряжения формула Найквиста остается справедливой.

Принципиально неустранимыми являются квантовые эффекты, связанные с соотношением неопределенностей. Например, в случае локализации частицы в области пространства с линейным размером Δх =img017неточность измерения импульса

img018.

Отсюда следует, что для локализации частицы в области с линейным размером img019 необходима энергия частицы

img020,

где m – масса частицы и

img021.

Как уже отмечалось выше, физика является экспериментальной наукой и основана на опыте. Однако здесь возникает проблема обоснования и надежности перехода от опытных данных к теории. Число опытов всегда конечно и они выполняются в определенных условиях, причем всегда имеется отличная от нуля погрешность. С ростом сложности изучаемых явлений обостряется проблема интерпретации получаемых данных. По воспоминаниям В. Гейзенберга Н. Бор высказывал предположение, что физики достигли предела человеческого понимания и человеческого воображения при создании квантовой механики. Согласно А. Эйнштейну квантовую механику нельзя создать конструктивным путем, исходя из эмпирического поведения объектов, так как необходимое здесь умение превышает человеческие силы.

В последнее время физика столкнулась с ограниченностью материальных ресурсов для постановки экспериментов. Создание опытного образца термоядерной электростанции требует затрат порядка 10 млрд. долларов. На Большом адронном коллайдере, который должен вступить в строй в ЦЕРНе возможно в 2006г. или 2007г., энергия ускоряемых протонов составит ~7ТэВ. Этой энергии достаточно для проверки следствий теории электрослабого взаимодействия. Энергии, соответствующие объединению электрослабого и сильного взаимодействия, порядка 103ТэВ. Также энергии могут иметь протоны в космических лучах. Как указывалось выше, планковская энергия, при которой происходит объединение всех четырех фундаментальных взаимодействий, порядка 1016ТэВ и вряд ли может быть достигнута на ускорителях.

В связи с этим возрастает роль информации, поступающей от космических объектов. Так, реликтовое электромагнитное излучение с температурой ~2,7К, дает информацию о ранних этапах развития Вселенной. Магнитное поле в пульсарах достигает величин В ~ 1011Тл, что соответствует плотности массы

img022,

где μ0 = 4π·10-7Гн/м – магнитная постоянная. Это позволяет изучать поведение материи в сверхсильных магнитных полях, которые вряд ли можно получить в земных условиях. В лабораторных условиях получены магнитные поля с В ~ 105Тл.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,189,998 уникальных посетителей